周婷朱義超

（1南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 灌南縣城東污水處理廠 江蘇南京 222500 2灌南縣環(huán)保局 江蘇南京 222500）

城市污水處理廠節(jié)能降耗途徑研究

周婷1朱義超2

（1南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 灌南縣城東污水處理廠 江蘇南京 222500 2灌南縣環(huán)保局 江蘇南京 222500）

隨著我國(guó)城市污水處理廠建設(shè)進(jìn)程的加快，探討如何降低污水處理廠能耗具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對(duì)城市污水處理廠能耗分布分析，從污水提升泵站、曝氣設(shè)施、污水處理、污泥處理、藥劑消耗以及日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等方面探討了城市污水處理廠節(jié)能降耗的具體途徑選擇。

污水處理廠；節(jié)能降耗；能耗分布

水和能源是現(xiàn)代社會(huì)的兩大基礎(chǔ)性能源，但城市污水處理卻是一個(gè)高耗能產(chǎn)業(yè)，降低污水處理能耗可以有效減少污水處理廠的運(yùn)營(yíng)成本，提高資金的利用效率。我國(guó)正處于快速發(fā)展時(shí)期，能源需求矛盾日益突出，走資源節(jié)約型發(fā)展之路才是解決這一矛盾的有效之舉。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年一季度我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠累計(jì)建成3622座，日處理污水能力1.53×108m3，運(yùn)行負(fù)荷率達(dá)79.9%。今年是實(shí)施節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃的收官之年，預(yù)期到時(shí)城市污水處理率將要達(dá)到85%。污水處理廠在污水處理過程中會(huì)產(chǎn)生許多污泥，按目前每萬噸污水平均產(chǎn)生脫水污泥6.41 t預(yù)測(cè)，到2015年底，全國(guó)脫水污泥產(chǎn)量將超過2600×104t。因此，切實(shí)做好污水處理廠節(jié)能降耗工作意義重大。

1 我國(guó)城市污水處理廠能耗及分布

城市污水處理是高能耗行業(yè)，其能耗主要包括電能、藥耗和燃料等多個(gè)方面，其中電耗約占總能耗的60%～90%，電耗也成為了污水處理廠運(yùn)行成本的主要組成部分。2011年，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠用電量約為100×108kW·h,約占全國(guó)社會(huì)總用電量的0.2%。污水處理廠電能主要消耗在污水污泥的提升、生物處理的供氧、推動(dòng)混合、污泥的處理處置、附屬建筑用電和廠區(qū)照明等方面[1]。其中曝氣能耗最大，約占到整個(gè)污水處理廠能耗的一半左右，此外，污泥處理環(huán)節(jié)能耗也不容忽視，我國(guó)污水處理廠在該環(huán)節(jié)的能耗約為3%～5%左右，與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家20%～30%相比有很大差距，這也反映出我國(guó)的污泥處理工藝和設(shè)備還有待進(jìn)一步完善。城市污水處理廠處理單元能耗分布情況見表1。

表1 污水處理廠處理單元能耗分布

2 城市污水處理廠節(jié)能降耗途徑分析

從以上分析可以看出，我國(guó)城市污水處理廠的能耗分布主要在污水提升、處理以及污泥處理等單元，包括設(shè)備的電能消耗、污水處理和藥劑消耗等，因此，我國(guó)城市污水處理廠節(jié)能的途徑選擇應(yīng)該是在曝氣和泵領(lǐng)域、污泥處理以及日常運(yùn)行的節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化等等。

2.1 污水提升泵站節(jié)能途徑

污水提升泵在整個(gè)污水處理中是主要的耗能設(shè)備之一，因此，具有優(yōu)化提升泵站設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生較大的節(jié)能效果。目前國(guó)內(nèi)城市污水處理廠泵的能量高消耗主要由于電機(jī)效率不高、設(shè)計(jì)的運(yùn)行能力超過了實(shí)際水量所需的能量、水量波動(dòng)以及運(yùn)行控制不良等原因所致。提升泵的優(yōu)化節(jié)能主要途徑有改工頻泵為部分變頻泵作為調(diào)速泵；所有提升泵都是變頻泵[6]，如紹興污水處理廠通過提升水泵變頻技術(shù)改造，節(jié)能達(dá)到12%[7]；多級(jí)動(dòng)態(tài)液位控制策略技術(shù)[8]。在實(shí)際運(yùn)行過程中通過轉(zhuǎn)速加臺(tái)數(shù)控制法，實(shí)現(xiàn)定速泵平均流量運(yùn)行；當(dāng)水流出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)應(yīng)該適時(shí)增減運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)，調(diào)速泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)來適應(yīng)水流量的變化；定期對(duì)水泵進(jìn)行維護(hù)，以減少摩擦降低電耗。水泵的節(jié)能降耗最關(guān)鍵的是要提升泵的運(yùn)行效率，在采用上述方法之外在泵設(shè)備上下功夫外，還需要加強(qiáng)日常的管理和高程布置等，結(jié)合污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行情況不斷的總結(jié)最佳運(yùn)行條件，以實(shí)現(xiàn)效率的最大化。

2.2 曝氣設(shè)施節(jié)能途徑

曝氣機(jī)是污水處理廠耗能最多的設(shè)備之一，降低污水處理廠的能耗關(guān)鍵是要做好曝氣機(jī)的節(jié)能。在污水處理曝氣環(huán)節(jié)的操作主要有風(fēng)機(jī)、空氣擴(kuò)散、控制以及動(dòng)力等方面，現(xiàn)實(shí)中造成曝氣過高能耗的原因主要有設(shè)備容量過大、操作效率低等等，因此，可以通過優(yōu)化曝氣系統(tǒng)和智能控制來實(shí)現(xiàn)曝氣機(jī)的節(jié)能降耗：考慮曝氣機(jī)動(dòng)力效率、氧利用率、堵塞故障以及工程造價(jià)等因素來合理選擇曝氣裝置；選擇漸減式曝氣布置，如第1～3段分別按照35%、30%、25%進(jìn)行布置；選擇溶解氧自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧濃度的控制；選擇變頻器來改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速方式對(duì)風(fēng)機(jī)流量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的節(jié)能。

2.3 污水處理節(jié)能途徑

污水處理環(huán)節(jié)的能耗主要產(chǎn)生于污水預(yù)處理和生化處理，其中預(yù)處理階段主要包括格柵、沉砂池，生化處理階段的主要能耗單元是曝氣系統(tǒng)（之前已作論述）。這里重點(diǎn)探討污水預(yù)處理環(huán)節(jié)的能耗。首先是做好格柵的安裝，雖然整個(gè)格柵本身在污水處理過程中的節(jié)能空間不大，但對(duì)后續(xù)其他設(shè)備的降耗起著重要作用，需要做好格柵的安裝，一般會(huì)選擇將格柵安裝在污水處理廠的前段或者污水渠道、泵房集水井的進(jìn)口處，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)較大漂浮物的截留，減少堵塞，保證污水設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。曝氣沉沙池

由于曝氣設(shè)備的使用而產(chǎn)生較高能耗，因此沉砂池的設(shè)計(jì)一般應(yīng)選擇平流式和旋流式。

2.4 污泥處理節(jié)能途徑

污泥處理單元是產(chǎn)生能耗較大的部分，既要做好該部分的節(jié)能降耗，也需要探尋污泥資源的二次利用，因此污泥處理系統(tǒng)的節(jié)能主要著眼于污泥的處理和資源的回收階段。首先是污泥處理方面，目前主要包括污泥的濃縮、穩(wěn)定和脫水三個(gè)環(huán)節(jié)。其中，污泥濃縮應(yīng)優(yōu)先使用生物氣浮技術(shù)來代替簡(jiǎn)單的重力氣浮，以提升濃縮效率、降低能耗的效果；污泥的穩(wěn)定主要有厭氧、好氧和堆肥處理，當(dāng)然也有許多未經(jīng)穩(wěn)定處理就直接進(jìn)入了脫水環(huán)節(jié)。一般厭氧消化后可以產(chǎn)生沼氣來彌補(bǔ)穩(wěn)定環(huán)節(jié)的能量。污泥脫水有機(jī)械脫水和自然脫水兩種方式，目前大多選擇的機(jī)械脫水，機(jī)械脫水的主要能耗是電耗，一般使用離心脫水的電耗較低，但對(duì)污泥的預(yù)處理效果要求高，還容易磨損，還需要在實(shí)踐中探尋新的脫水工藝，提升節(jié)能降耗效果。此外，要做好污泥的回收再利用，污泥中大部分成分是揮發(fā)性有機(jī)物，在日本，60%污泥可以經(jīng)由厭氧消化削減，每噸揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)可產(chǎn)生約680m3的沼氣，利用磷酸型燃料電池殼獲得污水廠約50%的能源[9]。污泥的回收途徑一般有兩種：利用污泥焚燒產(chǎn)生的熱能、厭氧消化氣的利用。

2.5 藥劑消耗節(jié)能途徑

藥劑消耗雖然在整個(gè)污水處理廠中所產(chǎn)生的能耗比例不大，但在污泥消毒、調(diào)理和除磷等環(huán)節(jié)也存在一定的節(jié)能空間。首先是除磷方式的選擇，一般會(huì)使用無需投加藥劑、污泥產(chǎn)量又少的生物除磷技術(shù)，但這項(xiàng)技術(shù)工藝較為復(fù)雜，需要在實(shí)踐中不斷的加以完善。如果選擇化學(xué)除磷，可以嘗試使用高分子混凝劑除磷，能夠有效降低藥耗；污泥調(diào)理是為了進(jìn)一步提升污泥的脫水性能，通常有選擇化學(xué)調(diào)理和物理調(diào)理兩種工藝；污泥的消毒可以推薦使用輻射技術(shù)，無需高溫高壓，是污泥消毒的新技術(shù)，有利于污水處理廠的節(jié)能降耗[10]。生物消毒由于不需要投加藥劑，也是目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)污水處理廠選擇的污泥消毒方式，這一工藝需要進(jìn)一步提升污泥的脫水性能，以減少后續(xù)污泥脫水環(huán)節(jié)的能耗和藥耗。

3 加強(qiáng)日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理

污水廠的節(jié)能降耗滲透于日常的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的方方面面，加強(qiáng)日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理也是污水處理廠的節(jié)能降耗的重要舉措。首先是加強(qiáng)教育培訓(xùn)，提升人員的節(jié)能意識(shí)，樹立節(jié)能生產(chǎn)理念；其次是做好日常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本分析，通過對(duì)城市污水處理廠各個(gè)處理環(huán)節(jié)的能耗分析，準(zhǔn)確掌握不同單元的具體能耗，從而有針對(duì)性的提出控制能耗的重點(diǎn)環(huán)節(jié)；再次是建立節(jié)能降耗目標(biāo)，把節(jié)能降耗目標(biāo)設(shè)置于各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于完成預(yù)期目標(biāo)的給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，從而激發(fā)大家開展節(jié)能降耗的積極性。

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周婷（1984—），女，碩士在讀，漢族，中級(jí)職稱，江蘇連云港人，研究方向：主要從事污水處理廠運(yùn)營(yíng)管理。